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毕业论文(设计) 题 目 恒压吸尘器控制器设计 学生姓名 王小飞 学 号 20071336087 院 系 信息与控制学院专 业 自动化指导教师 张自嘉 二一一 年 五 月 八 日恒压吸尘器控制器设计王小飞南京信息工程大学信息与控制学院，南京，210044摘要：通过控制器调节风力大小的吸尘器，可以在吸尘器风嘴被堵住时通过感应器自动调节风力大小，解决吸尘器在吸尘过程中的可能被堵，从而可能引起电机温度迅速升高或被烧的问题，通过硬件方面的设计，软件方面的编程解决风力过大损坏吸尘器或者风力过小无法吸除杂物的问题。本文通过风压检测装置检测当前风嘴空气压力大小，并将信号传输给单片机，单片机将传输过来的信号与预定标准信号大小进行比较，当前信号小于预定信号时，单片机发出指令，增加电机驱动电路电流，当前信号等于预定信号时，稳定电机驱动电路电流，同时设定电机驱动电路电流上限值，防止电流过大烧坏电机。这样，既能方便地用吸尘器吸取杂物，又不会烧坏电机，达到方便，快捷，安全的目的。关键词：风压检测器；单片机；电机驱动电路；电机；恒压吸尘器；控制器绪论尘器是我们日常生活中常见的家用电器，现在人们的生活水平日益提高，吸尘器也进入了千家万户，它也给我们的生活提供了很多方便，但是，在吸尘器的使用过程中，往往会遇到一些特殊的情况会影响吸尘器的正常使用，比如吸尘器风力过小无法吸取较重的杂物，或者当杂物过大时，堵住了吸尘器风嘴，而吸尘器又没有能智能提高电机转速，加大风力以吸入杂物，又者智能芯片不断加快电机转速，来增加风力以求能吸入杂物，但杂物却无法吸入依旧堵住风嘴导致电机过热而烧坏电机等。如何解决这些问题从而来方便我们的生活呢？通过检测当前吸尘器风嘴空气压力，从而得知目前吸尘器风嘴是否有异物堵住以及当前吸尘器风力是否过小，经过单片机控制，来调节电机转速，并设置电机最高转速，以防止电机烧坏，这样在我们日常使用吸尘器的过程中也能避免吸尘器所带来的问题，可以方便我们的生活，提高我们的生活品质，同时也让商家生产出质量出众的商品，一举两得。吸尘器是集机械学，电子技术，传感技术，控制技术等多方面科学的仪器，对其进行研究发展，不仅可以提高人们的生活质量，也会促进多门学科的共同发展以及促进多门学科的联系发展。基于微分反馈的吸尘器模糊控制一些公共场合，如宾馆、写字楼、酒楼、商场的不同楼层、不同房间、不同位置的地面材质、脏污情况复杂多样，来往人数变化不定，存在不同程度的时变性，且常含有非线性环节，难以对灰尘状态建立精确的数学模型，很难用传统的控制理论进行系统分析和设计。在日本，模糊逻辑已深深地渗透到日常生活中，达到了家喻户晓的程度。由于其学术界、产业界和政府部门之间的通力合作，其大量的模糊电器涌入欧美市场，受到了消费者的普遍欢迎。近年来，我国电器企业也紧跟国际先进潮流，加强了模糊控制电器产品的开发研究工作，并取得了可喜的成果。模糊控制吸尘器大大提高了传统吸尘器的性能，使操作更加简便，并具有明显的节能效益。2.1模糊控制器输入输出参量由于公共场所的地板面材质不同以及脏污程度不同，所以模糊控制吸尘器的输入参数主要有三个：灰尘量；干湿度；地面材质。输出参数主要是吸尘器的吸力大小。因此简单的模糊控制是三输入单输出结构。但其三个输入参数分别又有几种状态： 如灰尘度有湿润、中性、干燥三种， 灰尘量有较少、一般、较多三种， 地面材料有地瓷板、地木板、地毯等。根据实验结果和经验数据确定合适的论域后定义各变量的模糊集合为：（1）干湿度（H） ：湿润（L）、中性（M）、干燥（S）；（2）灰尘量（Q） ：较多（L）、一般（M）、较少（S）；（3）地面材质（I） ：地毯（L）、木地板（M）、地瓷板（S）；（4）吸力（X） ：大（VL）、较大（L）、适中（M）、较小（S）、小（VS）。相应地建立其对应的模糊子集隶属函数如图1到图4干湿度的隶属函数灰尘量得隶属函数地面材质的隶属函数吸力大小的隶属函数2.2 模糊规则库的建立这个控制规则可用下述27条模糊条件语句来描述：if H=L and Q=L and I=L then X=VLif H=L and Q=M and I=L then X=VLif H=L and Q=S and I=L then X=Lif H=M and Q=L and I=M then X=VLif H=M and Q=M and I=M then X=VLif H=M and Q=S and I=M then X=Lif H=S and Q=L and I=S then X=Lif H=S and Q=M and I=S then X=Lif H=S and Q=S and I=S then X=Mif H=L and Q=L and I=L then X=VLif H=L and Q=M and I=L then X=Lif H=L and Q=S and I=L then X=Mif H=M and Q=L and I=M then X=Lif H=M and Q=M and I=M then X=Mif H=M and Q=S and I=M then X=Mif H=S and Q=L and I=S then X=Mif H=S and Q=M and I=S then X=Mif H=S and Q=S and I=S then X=Sif H=L and Q=L and I=L then X=Mif H=L and Q=M and I=L then X=Mif H=L and Q=S and I=L then X=Sif H=M and Q=L and I=M then X=Sif H=M and Q=M and I=M then X=Sif H=M and Q=S and I=M then X=VSif H=S and Q=L and I=S then X=VSif H=S and Q=M and I=S then X=VSif H=S and Q=S and I=S then X=VS LMSILMSLMSLMSLVLVLLVLVLLLLMMVLLMLMMMMSSMMSSVSVSVSVSVS表1 模糊控制表注：表中第一行L、M、S属于H，表中第二行属于Q上述描写模糊控制的27条模糊条件语句之间是“或”的关系，可采用最大隶属度方法，将控制量变为精确量，利用单片机可根据不同的输入量预先计算好控制量U，制成如表1所示的控制表，作为“ 文件”存储在计算机中。当进行实时控制时，从“文件”中查询所需采取的控制策略。湿度的检测在吸尘器的灰箱入口处设置一个湿度传感器，可连续高湿使用，脉冲输出，无须光电隔离，无须A/D 转换，可用测频率的方式获得数据，可检测出地板灰尘的干湿程度。灰尘度的检测在吸尘器的吸管内设置光电传感器用以检测灰尘量，其光电信号送入灰尘传感器，灰尘传感器安装在导管内，把发光二极管（红外线型）和三极管相对设置，并使红外线成束状发射。当灰尘通过时，因红外线被遮挡，到达三极管的红外线的量发生了变化。取出变化部分，经过放大器放大后，再经过整流变为脉冲信号。通过测量脉冲信号的数目可以判断灰尘量的多少。如果灰尘传感器被污染，则其红外线的透过率变小，于是可通过检测红外线微分的变化来克服影响， 当透过率低于设定值时可产生报警，提醒工作人员清洗传感器表面，确保正常工作。通过检测灰尘量变化快慢可以检测出地面材质，如图5所示。图5 灰尘微分检测地面材质模糊控制的设计用单片机组成硬件系统，用软件来实现模糊化、模糊逻辑推理、去模糊化过程， 即用软件来实现模糊控制算法。这种模糊控制器的特点是资源开销少、灵活性高、通用性强。其原理框图如图6所示。图6 模糊控制器设计原理框图空气压力检测系统空气压力检测是吸尘器气压信号处理的一个重要部分,可采用软件或硬件两种方式。软件方式是通过程序实现对数字峰值的检测,而硬件方式则是通过模拟和数字元件实现对模拟信号的峰值处理。本设计中吸尘器空气压力检测采用硬件方式。21 峰值检测的基本原理从工程学角度来说,广义峰值也包括谷值,峰值检测就是在指定的时间内检测出被测信号的最大值和最小值,因此,峰值检测可表示为式(1)和(2) 。Sp = S ( t) max ( t1 t t2) (1)Sv = S ( t) min ( t1 t t2) (2)式中, Sp 和Sv 分别为信号的峰值和谷值, S ( t) max和S ( t) min分别为所测时间段信号的最大值和最小值, t1 和t2 分别为检测的起止时间。2.2 吸尘器空气气压值检测系统吸尘器空气气压值检测系统是吸尘器气压实时监测与控制系统的一部分,吸尘器的气压信号经传感器变为电信号,再经放大、采样/ 保持和A/ D 转换后送单片机处理后控制电机转速。吸尘器空气气压值检测系统的总体结构如图1 所示。图1 吸尘器气压峰值检测系统结构示意2. 3 传感器及前置放大不同传感器的灵敏度和性能相差很大。由于本系统用于检测吸尘器的气压,因此采用自行设计的霍尔传感器。该传感器具有较高灵敏度,输出电压范围在A/ D 转换器转换电压范围内。霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。在半导体薄片两端通以控制电流I，并在薄片的垂直方向施加磁感应强度为B的匀强磁场，则在垂直于电流和磁场的方向上，将产生电势差为U 的霍尔电压。流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。（1）电流传感器必须根据被测电流的额定有效值适当选用不同的规格的产品。被测电流长时间超额，会损坏末极功放管（指磁补偿式），一般情况下，2倍的过载电流持续时间不得超过1分钟。 （2）电压传感器必须按产品说明在原边串入一个限流电阻R1，以使原边得到额定电流，在一般情况下，2倍的过压持续时间不得超过1分钟。（3）电流电压传感器的最佳精度是在原边额定值条件下得到的，所以当被测电流高于电流传感器的额定值时，应选用相应大的传感器；当被测电压高于电压传感器的额定值时，应重新调整限流电阻。当被测电流低于额定值1/2以下时，为了得到最佳精度，可以使用多绕圈数的办法。（4）绝缘耐压为3KV的传感器可以长期正常工作在1KV及以下交流系统和1.5KV及以下直流系统中，6KV的传感器可以长期正常工作在2KV及以下交流系统和2.5KV及以下直流系统中，注意不要超压使用。 （5）在要求得到良好动态特性的装置上使用时，最好用单根铜铝母排并与孔径吻合，以大代小或多绕圈数，均会影响动态特性。 （6）在大电流直流系统中使用时，因某种原因造成工作电源开路或故障，则铁心产生较大剩磁，是值得注意的。剩磁影响精度。退磁的方法是不加工作电源，在原边通一交流并逐渐减小其值。（7）传感器抗外磁场能力为：距离传感器510cm一个超过传感器原边电流值2倍的电流，所产生的磁场干扰可以抵抗。三相大电流布线时，相间距离应大于510cm。（8）为了使传感器工作在最佳测量状态，应使用图110介绍的简易典型稳压电源。 （9）传感器的磁饱和点和电路饱和点，使其有很强的过载能力，但过载能力是有时间限制的，试验过载能力时，2倍以上的过载电流不得超过1分钟。 （10）原边电流母线温度不得超过85，这是ABS工程塑料的特性决定的，用户有特殊要求，可选高温塑料做外壳。 霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达m级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达55150。 按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。由于要对吸尘器进行气压检测,为保持一致性,放大电路选用一片高增益四运算放大器LM324。 2.3采样/ 保持器采样/ 保持器是系统的核心部分,采样/ 保持器和比较器组合是峰值检测电路的典型结构。本系统中采样/ 保持器选用通用型LF398 单片采样/ 保持芯片,其动态和保持性能可通过合的外接电容得到,如选用1 000 pF 的保持电容,则具有6s 的采样时间,可达到12 bit 精度。LF398 第8脚是采样/ 保持器的逻辑控制端,输入为高电平时LF398 采样,输入为低电平时保持。如图2 (a)所示,当输入Si 大于输出So 时,LF398 处于采样状态;当输入Si 小于输出So 时,LF398 处于保持状态,输出保持定值,可检测出峰值。将比较器的另两个输入端反接,如图2 (b) 所示,可构成谷值检测电路。图2 轮胎气压峰值和谷值检测电路原理为实现多通道峰值和谷值的数据采集,同时保证各通道数据互不影响,多采用软硬件相结合的控制方案,即在采样/ 保持器的控制端与比较器的输出端之间加一逻辑控制,通过程序选择其连接方式,实现多通道峰值和谷值检测及采样/ 保持功能。图3 所示为气压值检测电路。图3 吸尘器气压信号值检测电路2.4 A/ D 转换为简化系统结构,A/ D 转换选用ADC0809 转。换芯片(具有8 路锁存的模拟开关) ,并通过程序对8 路05 V 的输入模拟电压信号进行分时转换。电机的设计3.1 电机的选择单相串励电动机设计主要包括：工艺结构尺寸的确定，冲片的磁路及尺寸的设计，换向器电刷的匹配，电枢绕组和激励绕组的计算，功效性能的设定。单相串励电动机的性能和使用寿命与换向情况有很大的关系。我们家用的真空吸尘器电机的转速往往在30 000 r/min 左右，并且电机的换向是在不同的电流瞬时值下进行的，在交流电的一个周期T内进行多次换向，使得换向周期T 1极短，往往小于0.1us，这样就增加了换向元件的感应电势，恶化换向，增加火花。此外，高速使得电刷和换向器间的磨损，振动，冲击，转子不平衡等问题增加，使得换向更加恶化。所以，家用吸尘器使用的单相串励电机应该尤其注意换向问题。3.1.1 定转子冲片的选定单相串励电动机冲片的设计分为五大部分磁路的设计计算，分别为：气隙磁压降，电枢齿磁压降，电枢齿高、宽、轭高等以及磁极高h，极身宽，极弧宽、定子铁芯轭高等尺寸的确定，并且需要结合结构性能进行实际的校验和纠正，最终才能确定一款合适的定转子冲片尺寸。我们选择的这款电机定子冲片长*宽为78*83平方毫米，气隙1.2 毫米,转子直径为46 毫米,极弧系数为0.64。根据电机设计理论:极弧系数越大,电机材料利用率越高愈大,一个极下气隙磁通愈大,电磁转矩大。但过高的极弧系数,会导致极向距离减小,增加主磁极的漏磁,还会使换向区间减小,主磁通进入换向区域的可能性增加,导致火花增大,换向恶化。此款冲片的极弧系数选在实践经验范围的较小值,有利于换向。定转子外径比为2.17,放置定子激磁绕组线窗大,利于嵌线。电磁负荷小,发热因子小,换向元件感应电势小,也有利于换向。另外,增大气隙有利换向,并能减小电机磁极表面损耗和附加转矩等,但气隙过大反而使电机激磁磁势增加,增加用铜量,引起功率因数和效率的下降以及温升的增高。在实际测试中发现用于2 kW吸尘器电机时,效率在36%左右,正常负载温升超过50 K。根据上述分析,原因在于其过分注重电机换向困难问题，导致气隙设计过大。从而，作一下对比试验可以知道，当冲片气隙减小,取0.75 mm时(其余不变),测试结果证实效率比原机高2%,正常负载温升也降低3 K,而且换向火花状况依然良好,这就证明了上述分析结果的正确性。如不改变冲片尺寸,要降低温升,可采取减少绕组线负载加粗漆包线线径,减小电磁负荷、增加叠厚或使用铁损小、级别高的矽钢片,这样不但使电机成本上升,叠厚增加还会加大转子挠度引起电枢脉振,产生异常噪声和振动。因此,不改进气隙对2 kW电机性价比来说是不利的。3.1.2噪声与效率的改进2 kW吸尘器用电机结构是无机壳的开放型设计,其优点是节省了装配工艺,有效地散热和快速适应功率款式的变化,但由此带来不利因素是噪声的增大和牢固性的下降,还有为经济考虑而使用现吸尘器通用轴承608z,很大程度上抑制了2kW电机转子对挠度的要求。转轴中段采用10 mm或11mm,虽能加强转轴的刚性,但转轴两端轴承段磨外圆而设置的砂轮越程槽使两端支点过细,即使在动平衡测试机(一般测试转速只有2 000 r/min左右)上平衡量很好,但大直径大惯量转子在3 000 r/min的高速运转中避免不了挠度和振动的产生。对此现改进如下:(1)加强两端支点强度,取消轴承段转轴砂轮越程槽,轴加工时做到圆角过度。(2)加大轴承端直径,采用629z轴承。(3)提高转轴的硬度和直线度。(4)使用高精度的动平衡机和控制转子的切削量,尽量做到少切削并控制动平衡量在20 mg以下。以上措施能有效降低噪声23 dB,还能减小定转子气隙,可靠提高电机效率和寿命。3.2单片机控制电机启停三相异步电机启动方式由其功率决定，一般规定，电动机功率在10KW以下，可直接启动（即电机全压启动，直接开启开关，将三相接入电源）。10KW以上，要根据电动机容量和电源变压器容量比值来确定，对于给定电动机功率，一般最大功率不大于变压器容量的20%-30%则可以直接启动，否则需降压启动以防止过大的起动电流会在线路上产生较大的压降，使电网电压波动很大，影响并联在电网上的其它设备的正常运行。针对小功率三相异步电机的启停，当前国内外还较多地采用继电器、接触器等控制电器来实现自动控制。由于继电接触器控制系统是通过触点的机械运动来通断主、控回路，然而触点因为电、机械和化学的原因易于磨损，并且在高冲击、振荡的工作环境下，触点容易发生误动作。若主回路有感性负载，则易于产生触点燃弧及回跳，对外界的电磁干扰较大，并且控制系统中间环节多，必须确保每部分工作准确，系统才能正确工作，所以它存在不少缺陷，必须改进。这里介绍以三相交流固态继电器作为单片机和三相电机接口器件，根据空气压力检测系统控制三相异步电机转速，减少中间环节，确保控制系统稳定工作，同时可视化的电机控制系统应用前景广阔。与传统步进控制器相比较有以下优点：1. 用微型机代替了步进控制器把并行二进制码转换成串行脉冲序列，并实现方向控制。2. 只要负载是在步进电机允许的范围之内，每个脉冲将使电机转动一个固定的步距角度。3. 根据步距角的大小及实际走的步数，只要知道初始位置，便可知道步进电机的最终位置。3.3 步进电机控制系统原理脉冲序列的生成图 脉冲的生成脉冲幅值：由数字元件电平决定。 TTL 0 5V CMOS 0 10V 接通和断开时间可用延时的办法控制。要求：确保步进到位。3.3.1 方向控制步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。 三相六拍，通电顺序为: 正转: AABBBCCCA 反转: AACCCBBBA 改变通电顺序可以改变步进电机的转向 3.3.2 脉冲分配 实现脉冲分配（也就是通电换相控制）的方法有两种：软件法和硬件法 通过软件实现脉冲分配软件法是完全用软件的方式，按照给定的通电换相顺序，通过单片机的IO向驱动电路发出控制脉冲，下面以三相六拍为例上面提到了三相六拍工作方式通电换相得正序为A-AB-B-BC-C-CA-A,，反序为A-AC-C-CB-B-BA-A图4.3 用软件实现脉冲分配的接口示意图注：P1.0：A相驱动P1.1：B相驱动P1.2：C相驱动三相六拍控制字如下表所示：表4.1 三相六拍工作方式的控制字通电状态P1.2P1.1P1.0控制字A00101HAB01103HB01002HBC11006HC10004HCA10105H注：0代表使绕组断电，1代表使绕组通电在程序中，只要依次将这10个控制字送到P1口，步进电机就会转动一个齿距角，每送一个控制字，就完成一拍，步进电机转过一个步距角。软件法在电动机运行过程中，要不停地产生控制脉冲，占用了大量的CPU时间，可能使单片机无法同时进行其他工作（如监测等），所以，人们更喜欢用硬件法。 通过硬件实现脉冲分配所谓硬件法实际上就是使用脉冲分配器8713，来进行通电换相控制。8713是属于单极性控制，用于控制三相和四相步进电机，我们选择的是三相六拍工作方式。8713可以选择单时钟输入或双时钟输入，具有正反转控制、初始化复位、工作方式和输入脉冲状态监视等功能，所有输入端内部都设有斯密特整形电路，提高抗干扰能力，使用418V直流电源，输出电流为20mA。本例选用单时钟输入方式，8713的3脚为步进脉冲输入端，4脚为转向控制端，这两个引脚的输入均由单片机提供和控制，选用对三相步进电机进行六拍方式控制，所以5、6脚接高电平，7脚接地。如下图所示：图4.4 89C51单片机系列和8713脉冲分配器的接口图由于采用了脉冲分配器，单片机只需提供步进脉冲，进行速度控制和转向控制，脉冲分配的工作交给8713来自动完成，因此，CPU的负担减轻许多。3.4 步进电机与微型机的接口电路1输入与电平转换部分： 输入信号线由DATA引入，1脚是地线，其余是信号线。注意1脚对地连接了一个2K欧的电阻。当驱动板与单片机分别供电时，这个电阻可以提供信号电流回流的通路。当驱动板与单片机共用一组电源时，这个电阻可以防止大电流沿着连线流入单片机主板的地线造成干扰。或者说，相当于把驱动板的地线与单片机的地线隔开，实现“一点接地”。 高速运放KF347（也可以用TL084）的作用是比较器，把输入逻辑信号同来自指示灯和一个二极管的2.7V基准电压比较，转换成接近功率电源电压幅度的方波信号。KF347的输入电压范围不能接近负电源电压，否则会出错。因此在运放输入端增加了防止电压范围溢出的二极管。输入端的两个电阻一个用来限流，一个用来在输入悬空时把输入端拉到低电平。不能用LM339或其他任何开路输出的比较器代替运放，因为开路输出的高电平状态输出阻抗在1千欧以上，压降较大，后面一级的三极管将无法截止。2栅极驱动部分： 后面三极管和电阻，稳压管组成的电路进一步放大信号，驱动场效应管的栅极并利用场效应管本身的栅极电容（大约1000pF）进行延时，防止H桥上下两臂的场效应管同时导通（“共态导通”）造成电源短路。 当运放输出端为低电平（约为1V至2V,不能完全达到零）时，下面的三极管截止，场效应管导通。上面的三极管导通，场效应管截止,输出为高电平。当运放输出端为高电平（约为VCC-(1V至2V),不能完全达到VCC）时，下面的三极管导通，场效应管截止。上面的三极管截止，场效应管导通,输出为低电平。 上面的分析是静态的，下面讨论开关转换的动态过程：三极管导通电阻远小于2千欧，因此三极管由截止转换到导通时场效应管栅极电容上的电荷可以迅速释放，场效应管迅速截止。但是三极管由导通转换到截止时场效应管栅极通过2千欧电阻充电却需要一定的时间。相应的，场效应管由导通转换到截止的速度要比由截止转换到导通的速度快。假如两个三极管的开关动作是同时发生的，这个电路可以让上下两臂的场效应管先断后通，消除共态导通现象。 实际上，运放输出电压变化需要一定的时间，这段时间内运放输出电压处于正负电源电压之间的中间值。这时两个三极管同时导通，场效应管就同时截止了。所以实际的电路比这种理想情况还要安全一些。 场效应管栅极的12V稳压二极管用于防止场效应管栅极过压击穿。一般的场效应管栅极的耐压是18V或20V，直接加上24V电压将会击穿，因此这个稳压二极管不能用普通的二极管代替，但是可以用2千欧的电阻代替，同样能得到12V的分压。3场效应管输出部分： 大功率场效应管内部在源极和漏极之间反向并联有二极管，接成H桥使用时，相当于输出端已经并联了消除电压尖峰用的四个二极管，因此这里就没有外接二极管。输出端并联一个小电容(out1和out2之间)对降低电机产生的尖峰电压有一定的好处，但是在使用PWM时有产生尖峰电流的副作用，因此容量不宜过大。在使用小功率电机时这个电容可以略去。如果加这个电容的话，一定要用高耐压的，普通的瓷片电容可能会出现击穿短路的故障。 输出端并联的由电阻和发光二极管,电容组成的电路指示电机的转动方向.4性能指标： 电源电压1530 V,最大持续输出电流5A/每个电机，短时间（10秒）可以达到10A,PWM频率最高可以用到30KHz(一般用1到10KHz)。电路板包含4个逻辑上独立的，输出端两两接成H桥的功率放大单元，可以直接用单片机控制。实现电机的双向转动和调速。5布线： 大电流线路要尽量的短粗，并且尽量避免经过过孔，一定要经过过孔的话要把过孔做大一些（1mm）并且在焊盘上做一圈小的过孔，在焊接时用焊锡填满，否则可能会烧断。另外，如果使用了稳压管，场效应管源极对电源和地的导线要尽可能的短粗，否则在大电流时，这段导线上的压降可能会经过正偏的稳压管和导通的三极管将其烧毁。在一开始的设计中，NMOS管的源极于地之间曾经接入一个0.15欧的电阻用来检测电流，这个电阻就成了不断烧毁板子的罪魁祸首。当然如果把稳压管换成电阻就不存在这个问题了。高低压驱动的设计思想是，不论电机工作频率如何，均利用高电压UH供电来提高导通相绕组的电流前沿，而在前沿过后，用低电压UL来维持绕组的电流。这一作用同样改善了驱动器的高频性能，而且不必再串联电阻Rs，消除了附加损耗。高低压驱动功率接口也有两个输入控制信号Uh和Ul，它们应保持同步，且前沿在同一时刻跳变，高压管VTH的导通时间tl不能太大，也不能太小，太大时，电机电流过载；太小时，动态性能改善不明显。一般可取13ms。（当这个数值与电机的电气时间常数相当时比较合适）。高低压驱动电路如下图所示： 图3.3 高低压驱动接口电路图高低压驱动法是目前普遍应用的一种方法，由于这种驱动在低频时电流有较大的上冲，电动机低频噪声较大，低频共振现象存在，使用时要注意。 由于步进电机的驱动电流较大，所以微型机与步进电机的连接都需要专门的接口及驱动电路。驱动器可用大功率复合管，也可以是专门的驱动器。总之，只要按一定的顺序改变8713脉冲分配器的 13脚15脚 三位通电的状况，即可控制步进电机依选定的方向步进。由于步进电机运行时功率较大，可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离器（一是抗干扰，二是电隔离。）以防强功率的干扰信号反串进主控系统。电路图如下所示：图4.5 单片机与步进电机的接口电路图1. 图中 K1、K2、K3、K4按钮分别控制步进电机正转、反转、加速、减速。2. 因为我们讨论的是三相六拍的工作方式，所以P0.4和P0.6接高电平，P0.7接低电平。3. P0.0输出步进脉冲。4. P0.1控制步进电机的转向。3.5 步进电机的加减速控制步距角和转速大小不受电压波动和负载变化的影响，也不受各种环境条件诸如温度、压力、振动、冲击等影响，而仅仅与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低可以大范围地调节电机的转速，并能实现快速起动、制动、正反转、加减速，而且有自锁的能力，不需要机械制动装置，不经减速器也可获得低速运行。它每转过一周的步数是固定的，只要不丢步，角位移误差不存在长期积累的情况，主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电机驱动执行机构从A点到B点移动的时，要经历升速，恒速，减速过程，如果启动时一次将速度升到给定速度，由于启动频率超过极限启动频率，步进电机就有失步现象，因此会造成不能正常启动，如果到终点时突然停下来，由于惯性作用 ，步进电机会发生过冲现象，会造成位置精度降低。如果升速非常缓慢的升降速，步进电机虽然不会发生失步和过冲现象，但影响执行机构的工作效率，所以，对步进电机的加减速要有严格的要求，那就是保证在不失步和过冲的前提下，用最快的速度（或最短的时间）移动到有可能指定位置。为满足加减速要求，步进电动机运行通常按照加减速曲线进行。图5.1是加减速运行曲线。加减速运行曲线没有 一个固定的模式，一般根据经验和实验得到的。最简单的是匀加速和匀减速曲线，如下图所示：图5.1 加减速曲线图其加减速曲线都是直线，因此容易编程实现。按直线加速时，加速度是不变的，因此要求转矩也应该是不变的。但是，由于步进电动机的电磁转矩玉转速时非曲线关系，因而加速度玉频率也应该是非曲线关系。因此，实际上当转速增加时，转矩下降，所以，按直线加速时，有可能造成因转矩不足而产生失步的现象。采用指数加、减速曲线或S形（分段指数曲线）加、减速曲线是最好的选择。步进电机的运行可以根据距离的长短分如下3种情况处理：1. 短距离由于距离较短，来不及升到最高速，因此，在这种情况下，步进电机以洁净启动频率运行，运行过程没有加、减速。2. 中、短距离在这样的距离里，步进电机只有加、减速过程，而没有恒速过程。3. 中、长距离在这样的距离里，步进电机不经有加、减速过程，而且还有恒速过程。由于距离较长，要尽量缩短用时，保证快速反应性。因此，在加速时，尽量用接近启动频率启动，在恒速时，尽量工作在最高速。单片机在用定时器法调速时，用改变定时常数的方法来改变输入步进脉冲频率，达到改变转速的目的，对于M